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化学进展 DOI: 10.7536/PC230816   后一篇

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Cu基催化剂选择性催化氨燃烧应用研究

张倩1,2,*, 陶润泽1,2, 黄宇1, 谭厚章2,*, 崔保崇2   

  1. 1.中国科学院地球环境研究所 气溶胶化学与物理重点实验室 陕西西安 710061;
    2.西安交通大学 热流科学与工程教育部重点实验室 陕西西安 710049
  • 收稿日期:2023-08-17 修回日期:2023-12-14
  • 作者简介:张倩 2014年博士毕业于西安交通大学能源与动力工程学院。2017年,中国科学院地球环境研究所博士后出站,目前任中国科学院地球环境研究所副研究员,中国科学院青年创新促进会会员。主要从事环境催化与污染控制方向的研究,重点研究气态NOx光催化去除机制。已发表SCI期刊论文20余篇,授权发明专利1项。谭厚章 西安交通大学热能工程系教授,从事煤粉燃烧与气固两相流、燃烧污染物生成与防治、固体废弃物热化学利用、火电厂燃烧器/磨煤机/风机等节能减排、及多污染物脱除等技术研究。发表论文超400篇,其中SCI论文190余篇。获得授权发明专利60余项。主要著作有《燃烧科学与技术进展》《煤的清洁利用与污染防治》《燃烧学》《余热锅炉设计》《大型锅炉超洁净排放技术》等。张倩 2014年博士毕业于西安交通大学能源与动力工程学院。2017年,中国科学院地球环境研究所博士后出站,目前任中国科学院地球环境研究所副研究员,中国科学院青年创新促进会会员。主要从事环境催化与污染控制方向的研究,重点研究气态NOx光催化去除机制。已发表SCI期刊论文20余篇,授权发明专利1项。谭厚章 西安交通大学热能工程系教授,从事煤粉燃烧与气固两相流、燃烧污染物生成与防治、固体废弃物热化学利用、火电厂燃烧器/磨煤机/风机等节能减排、及多污染物脱除等技术研究。发表论文超400篇,其中SCI论文190余篇。获得授权发明专利60余项。主要著作有《燃烧科学与技术进展》《煤的清洁利用与污染防治》《燃烧学》《余热锅炉设计》《大型锅炉超洁净排放技术》等。
  • 基金资助:
    中国科学院青年创新促进会项目(No. 2021413)资助

Application of Copper-Based Catalysts for the Selective Catalytic Combustion of Ammonia

Qian Zhang1,*, Run-ze Tao1,2, Yu Huang1, Hou-zhang Tan2,*, Bao-chong Cui2   

  1. 1. Key Laboratory of Aerosol Chemistry and Physics, Institute of Earth Environment, Chinese Academy of Sciences, Xi'an 710061, China;
    2. MOE Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China
  • Received:2023-08-17 Revised:2023-12-14
  • Contact: *e-mail: zhangqian@ieecas.cn; tanhz@mail.xjtu.edu.cn
  • Supported by:
    Youth Innovation Promotion Association, CAS (No. 2021413)
氨气具有高热值、清洁无碳可再生、储运成本低等特点,被认为是能够替代传统化石燃料的新型能源载体之一。目前氨燃烧面临NOx排放高、点火困难及燃烧速度慢的问题,选择性催化氨燃烧能够降低起燃温度、增强燃烧稳定性、提升燃料转化率和降低NOx排放,是一种高效且有潜力的技术。Cu基催化剂成本低、具有良好的低温氨催化燃烧性能及较高的N2选择性,本文介绍了选择性催化氨燃烧的反应装置;NH-HNO,N2H4i-SCR三种反应机理及其研究方法;重点阐述了近年来Cu基负载型催化剂在氨催化氧化应用中的研究进展,从制备方法、载体种类与载体-金属相互作用、活性组分(包括单一组分Cu基催化剂及多组分Cu基催化剂)等方面对催化性能的影响进行了详细综述;最后总结并对氨催化燃烧存在的问题和未来发展方向进行了展望。
Ammonia is a promising new energy carrier that has the potential to replace traditional fossil fuels due to its high calorific value, CO2 emission free and renewable properties, and low storage and transportation costs. However, the ammonia combustion faces several challenges such as high NOx emission, slow combustion rate, and ignition difficulties. To address these challenges, selective catalytic combustion is an efficient and promising way that can decrease combustion temperature, enhance combustion stability, improve fuel conversion rate and reduce NOx emission, while requiring less auxiliary fuel and consuming less energy. Copper-based catalysts are cost-effective and they are demonstrated to exhibit excellent performance in ammonia catalytic combustion with high N2 selectivity. In this review, the reaction experimental setup and primary mechanisms, namely NH-HNO, N2H4 and i-SCR pathways are presented firstly; then the recent research progress on copper-based supported catalysts for ammonia combustion, including the effect of preparation methods, types of support materials, metal-support interactions, and Cu-based single or multiple active components on catalytic performance are reviewed in detail. Finally, the review is concluded by summarizing the research achievements, current drawbacks and proposing the future developments.

中图分类号: 

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[1] 孙亮 许悠佳 曹青青 胡冰清 王超 荆国华. 氧化锰基催化剂低温NH3选择性还原NOx反应及其机理*[J]. 化学进展, 2010, 22(10): 1882-1900.